深层搅拌水泥土防渗墙位置偏差控制措施研究
搅拌桩 2023年6月14日 项敏 325
▍摘 要
【摘要】深层搅拌水泥土防渗墙因具有适用范围广、施工方便、施工速度快等特点,被广泛运用于软基地基防渗。其位置偏差是防渗墙质量控制的难点和重点,文章总结了位置偏差的主要种类,分析了偏差产生的原因,提出了控制位置偏差的具体对策,对策的有效性在实践中得到验证,具有一定的推广价值。 深层搅拌水泥土防渗墙利用深层搅拌机械将水泥浆与土体强制搅拌,在土体内产生物理化学反应,从而与原土体构成具有整体性、水稳定性和一定强度的防渗墙。深层搅拌水泥土防渗墙经过多年的研究,已发展成为一种非常成熟的软基处理技术,被广泛应用于水利水电、工业与民用建筑、铁路、公路、市政等各个领域,并取得了良好的经济效益,2000年长江大堤加固中一次使用深层搅拌水泥土防渗墙达100万m2。深层搅拌水泥土防渗墙是由若干根桩套接而成的,施工中需要不断地移动搅拌桩机改变施工位置,且由于为隐蔽工程,其轴线偏差和垂直偏差控制是质量控制的一个难点;此外,若位置偏差过大,防渗墙可能存在局部渗漏问题,因此位置偏差控制也是防渗墙质量控制的重点。为研究位置偏差的控制方法,首先要将位置偏差进行分类,针对不同的偏差分析其产生的原因,从而制定相应的对策。 ▍1 位置偏差的分类及产生的原因
深层搅拌水泥土防渗墙设计时一般会提出两项位置偏差指标,即轴线偏差和垂直偏差。同时对最小墙厚亦有要求,这一指标隐含着单桩沿防渗墙轴线方向的距离也不宜过大。从防渗墙现场施工实际情况及搅拌桩机的特点来看,单桩的平面偏差和垂直偏差的控制重点是轴线方向、轴线垂直方向偏差控制,对应的位置偏差主要有4种,具体如下文所述。为便于描述和理解,我们以防渗墙轴线为X轴,防渗墙墙厚方向为Y轴,防渗墙深度方向为Z轴,见图1。
X方向平面偏差更准确的意义为单桩的X向平面偏差,因为这种偏差并不会导致防渗墙的轴线偏差,但会导致防渗墙的最小墙厚达不到设计要求。见图2,防渗墙的最小墙厚T、移机距离d以及单桩桩直径R之间的关系为:T2=R2-d2,R是一个定值,若单次的移机距离d超过临界值,就会导致最小墙厚T达不到设计要求。所以这种偏差主要是桩机沿轴线方向单次移机距离过大导致的。
Y向平面偏差见图3,这种偏差不仅会导致防渗墙轴线偏差过大,同样会导致防渗墙最小墙厚达不到设计要求。该偏差产生的主要原因是桩机钻头在施工过程中基本被导向槽中的废料包围,未采取合理有效的控制措施,钻头中心难以和轴线重合,导致单桩偏离轴线,进而导致防渗墙局部发生偏移且墙厚也不满足要求。
X向垂直偏差是指相邻两根桩中的一根或两根沿X向的垂直偏差过大,导致上部交界墙厚满足设计要求,而下部不满足设计要求,甚至出现分叉的情况,见图4。这种偏差产生的主要原因是桩机开始施工前的调铅直出现了问题,导致单桩倾斜向下施工,而非垂直向下施工。
Y向垂直偏差和X向垂直偏差表现的形式基本一致,只是空间方向不同,其在实际控制中却是不一样的,所以仍将Y向垂直偏差单独分类。这种偏差产生的原因和Y(墙厚)方向垂直偏差产生的原因是相同的。 ▍2 采取的对策
X、Y向偏差同属平面偏差,虽然产生的原因不同,但本质却是一样的。针对这种偏差,我们要解决两个核心问题,一是每次移机应按照预定的值移动;二是搅拌桩机的钻头要沿着防渗墙的轴线移动。这在实际操作时不易控制,因为搅拌桩机的钻头始终是在导向槽中被废料所包围的,不能肉眼观察到,即便是能肉眼观察到,这种控制也是不科学、不精细的。这里我们借助了火车的双轨原理来控制平面偏差。具体措施如下: a．布设“双轨”。沿防渗墙轴线两侧1m处各放设一条平行于防渗墙轴线的控制线,控制线即为桩机移动时不应脱离的双轨;此外在轨道上设置移机距离的控制点,以保证每次移机距离都在预设的范围之内,不至过大。 b．安装导向垂球。安装导向垂球目的是在桩机上延伸出两个便于观测的点,做到精准控制,我们在桩机平台两侧同一相对位置各焊接一根钢筋,钢筋自由端各吊一个垂球,以垂球作为对位的参照点。 c．移机定位。施工中控制两个垂球下端始终对准两条控制线,且每次移机时,定位垂球正好落在地面的控制点上。 以上措施见图5。该措施保证了桩机钻头不会偏离轴线,而且每次移机距离也是事先设计好的,不会出现相邻两根桩搭接厚度不足的情况。
X、Y向垂直偏差过大的主要原因是桩机就位后没有调整铅直,或者施工过程中桩机所在的基础发生了沉降倾斜。调整铅直本来是一项很常规的工作,但由于每次开始搅拌前都要调整铅直,若没有一种可靠的方法,桩机操作人员是很难做到的,而且施工过程中若桩机钻架发生了小幅的倾斜也难以及时发现。在实际施工过程中,很多桩机操作人员往往只关注了Y向的垂直偏差,因为这种偏差在自己的操作位上比较容易观察,而且在防渗墙坑探检查中也容易被发现,而X向垂直偏差过大的问题在施工过程和坑探检查时都没有给予足够的关注。鉴于上述情况,我们针对X、Y向的垂直偏差制定了如下措施: a．安装测斜垂球。在桩机钻机架X、Y方向的其中一侧分别设置线长为4m的垂球,垂球安装时保证垂球不贴钻机架,以便其可以灵活地摆动,垂球安设完成后应保证安设节点到垂球顶点的长度不大于4m。 b．确定垂球合理停靠区间。假定设计要求的垂直偏差最大值为i,则垂球正下方的水平合理移动区间为400icm。以垂直偏差不大于0．5%为例,则垂球下沿合理的摆动幅度为4m×0．5%,即2cm。在垂球的正下方机架横杆两侧各2cm的范围内刷白色油漆,该白色条带即为垂球合理停靠区间。 c．垂直偏差施工控制。每根桩开始搅拌下沉前及施工过程中,只要确保2只垂球尖端都停留在白色条带内,则X、Y向垂直偏差小于设计值。若Y向垂球超出白色区域,则需对钻机架在X方向的垂直度进行调整;若X向垂球超出白色区域,则需对钻机架Y方向的垂直度进行调整。
上述控制措施先后在湖北汉江堤防除险加固工程及碾盘山水利水电枢纽库区防护工程中进行了应用, 效果良好,水泥土搅拌桩防渗墙平面位置偏差和垂直偏差一次合格率都超过了96%,局部不合格也较以往有很大改善,大大减少了返工成本。 深层搅拌水泥土防渗墙虽已成为一种非常成熟的技术,但其质量控制中的一些细节在实际施工中却易被忽视,位置偏差就是经常被忽视的指标,实施过程中都是挖长3m左右、深2.5~4m的探坑进行观测,而没有进行量测,且这种方法只能看到墙体的上部,而下部的情况无法掌握,且开挖探坑的也只有很少一部分。深层搅拌水泥土防渗墙为隐蔽工程,为了提升其质量,除了探索其控制措施外,还需要施工作业人员、质量管理人员严格执行相关措施。
编辑整理：项敏
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